[发明专利]一种纯连续碳纤维结构的碳纤维板材预制体制备方法

说明书

本发明公开了一种纯连续碳纤维结构的碳纤维板材预制体制备方法，包括(1)设计好平纹布的克重与幅宽并编织碳布；(2)裁切碳布；(3)裁切碳布平铺在EVA(乙烯‑乙酸乙烯共聚物)软毡板上；(4)利用定位工装1及穿碳纤维丝的缝纫针1，按定位工装设计的间距，逐个向下刺穿碳布层，然后再提出碳布层，缝纫针上的碳丝被固定在EVA软毡上；(5)继续铺层平纹碳布和缝织；(6)重复步骤5；(7)脱模以及裁剪边角余量；(8)完成板材预制体四边锁边后，获得要求设计要求的纯连续碳纤维板预制体。本发明充分发挥连续碳纤维强度高特点，可实现高性能复合材料产品，且具有生产成本低，生产效率高以及易推广的特点。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维编纺及碳纤维复合材料领域，具体为一种纯连续碳纤维结构的碳纤维板材预制体制备方法。

背景技术

碳纤维是一种力学性能优异的新材料.目前被大量用于各类复合材料中提升原材料的力学性能。碳纤维板材是用作生产碳/碳复合材料板材的原料胚体,其成型方式有多种制备方式，如CN201610853982.8提出的一种高密度碳纤维板材的制备方法是将多层碳纤维网胎和多层碳纤维织物逐层交替铺设得到碳纤维复合体，然后对所述碳纤维复合体进行多次正面针刺和反面针刺得到碳纤维针刺件。CN110184722B提出的三维穿刺工艺制备纯连续的碳纤维结构的板材或棒材。该两类方法为针刺工艺与穿刺工艺，均是目前制备碳纤维板材预制体的主要方式。针刺工艺成型简单，是通过含刺结构的针针刺方法使平板引入垂直方向Z向的纤维，且Z向的纤维主要来源于短切丝组成的网胎。

目前，针刺工艺与穿刺工艺往往存在一定不足，大量的针刺动作会使平面XY方向的连续碳纤维丝刺断，从而使部分碳纤维丧失连续增强的作用，不能充分返回碳纤维增强的优势，而三维穿刺工艺可以实现连续碳纤维结构，但是生产工装复杂，纯手工制作，生产周期很长，生产成本高。因此我们对此做出改进，提出一种纯连续碳纤维结构的碳纤维板材预制体制备方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种纯连续碳纤维结构的碳纤维板材预制体制备方法，包括：

(1)按所需板材预制体尺寸及密度要求设计好平纹布的克重与幅宽，并编织成相应碳布；

(2)根据对应的板材预制体尺寸及密度要求裁切碳布；

(3)将裁切碳布平铺在EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)软毡板上，使平铺厚度达到需要的设计值，初次铺层厚度值不能超过缝制针1直筒段长度；

(4)利用定位工装1及穿碳纤维丝的缝纫针1，按定位工装设计的间距，逐个向下刺穿碳布层，然后再提出碳布层，缝纫针上的碳丝被固定在EVA软毡上，如此反复，直至设计产品尺寸全覆盖；

(5)如设计产品尺寸厚度大于缝制针1直筒段长度，则在已缝好的第一次基础上继续铺层平纹碳布，第二次铺层厚度也不能超过缝制针1直筒段长度，重复步骤4，继续缝织；

(6)重复步骤5,直至板材预制体厚度达到要求；

(7)脱模以及裁剪边角余量，然后利用缝针2穿碳纤维板边缘上下连续固定，实现碳纤维板锁边目的，保证整个缝织板材的整体性；(8)完成板材预制体四边锁边后，获得要求设计要求的纯连续碳纤维板预制体。

作为本发明的一种优选技术方案，

(2a)步骤(1)中所述所需碳布幅宽与克重设计，依据所需板材预制体尺寸与密度要求进行，计算方法如下：

碳布幅宽＝所需板材预制体宽(或长)*N+(20～50)mm；

N为板材预制体数量；

碳布克重＝设计产品密度*单层碳布缝制工况下的厚度；

一般单层碳布厚度取值0.3-0.5mm。